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智能化开采是全球煤炭行业实现高效和安全开采的有效方法,采煤机精准定位是实现智能化亟需解决的关键技术之一。惯性导航系统广泛应用于井下采煤机的导航定位,但随着时间的推移,惯性元件不可避免的存在漂移,并导致定位误差不断的累积增大,尤其是采煤机即将运行到采煤工作面端头时,由于漂移引起的定位误差更大。采煤机经过多个周期的循环截割后,惯性导航的定位精度难以满足井下定位的要求,使得定位失效,需要停机进行人工校准,难以满足煤矿智能化开采的要求,距离采煤机自主精准定位相差甚远。为此,需要利用其他定位技术在采煤机即将运行到端头时可以自动的为惯性导航提供校准基准,确保采煤机自主定位系统的长期工作。超宽带（Ultra-wideband,UWB）定位技术在室内具有较高的定位精度,基于该技术的启发,本文对采煤工作面端头采煤机定位策略和IMU/UWB融合定位方法开展深入研究,旨在探寻提升井下采煤机定位精度的方法,主要研究内容如下:（1）研究UWB路径损耗和测距误差模型。建立了无线信号由粗糙巷道壁和侧壁倾斜以及多波模传输导致的损耗模型,根据矢量网络分析仪测量了模拟巷道内的实测数据,提出了双折线路径损耗模型;进一步提出了改进的非对称双指数测距误差分布模型和多项式拟合测距误差模型,利用误差模型实现对测量距离修正补偿和重构,根据四种环境下测距误差的变化规律,获得LOS状态下UWB信号的最佳传输距离,为井下采煤工作面端头采煤机定位区域的选择提供了参考。（2）研究UWB定位系统基站优化布局方法。提出了一种基于WPDOP的UWB基站布局评价方法及WPDOP快速计算方法,形成了基于IWGO算法优化基站布局的方法,通过对6种基站布局方案进行仿真研究和实验分析,发现V型布局方案具有最小的WPDOP和最高的定位精度,该布局方案作为采煤工作面端头采煤机定位的最优部署策略,可以为端头基站的布设提供可行的方案。（3）研究视距/非视距混合环境的定位方法。设计了前馈网络辅助VBCKF的方法,提出了利用GMM算法获得LOS状态和NLOS状态的初始概率,进而提出了在IMM框架下采用两个不同的NN-VBCKF分别对LOS状态和NLOS状态测量距离进行平滑滤波,实现LOS/NLOS混合环境下的重构距离;进一步设计了基于GMM算法、IMM算法以及TSML算法的融合定位方法,开展了防空洞模拟实验和地面采煤机机载实验,实验结果表明提出的融合方法能有效的减小定位误差,提高LOS/NLOS混合环境下的定位精度。（4）研究采煤机循环定位策略与定位方法。提出了一种采煤工作面端头UWB基站群整体迁移的方法和基站群移动后基站坐标的解算方法。开发了基于MCUKF、VB-MCUKF、MCUKF-RTS、VB-MCUKF-RTS算法的距离重构方法,研究了基于MMSEC收缩估计的定位方法,提出了一种NLOS条件下基于不等式约束的VB-CUSRUKF方法和基于考虑移动速度的抗差泰勒技术优化方法。在采集实验和防空洞开展了模拟端头定位实验,结果表明基于MMSEC收缩估计方法能够提升UWB系统的定位精度,在模拟采煤机“一刀一迁移”的循环定位实验中,VB-MCUKF-RTS算法的定位精度最高,前3刀的定位精度可达0.1 m;VB-CUSRUKF-VRTS算法能有效提升不同速度下的定位精度,较低的运行速度有利于端头采煤机获得更高的估计精度。（5）研究采煤工作面端头UWB定位系统。设计了一种基站群整体迁移装置,搭建了端头定位的模拟试验平台,构建了基于UWB的采煤机端头定位系统,实现了基站群自动连续迁移和采煤机循环定位。分析了上位机平台显示功能的需求,开发了UWB定位系统的上位机显示界面,实现对采煤机定位数据的实时在线显示和保存,开展了动静态实验测试上位机平台,实验结果表明上位机平台能实时在线显示定位终端的位置坐标,为下一步将该系统应用于井下定位奠定了基础。（6）研究井下采煤机IMU/UWB融合定位方法。利用UWB系统的测量距离作为观测量构建了基于UKF的定位方法,分析了IMU的误差模型,建立了基于误差状态的IMU与UWB融合定位模型,实现了IMU偏差实时补偿,提出了基于VB-UKF自适应滤波算法对定位结果进行平滑处理。在太重公司的矿山采掘实验室和兖矿集团综采工作面现场开展了采煤机机载融合定位实验,结果表明紧融合定位方式精度最高。井下现场实验进一步证明了紧融合定位方法的结果经过VB-UKF平滑后三个坐标轴方向的定位轨迹精度明显提升,y轴方向的定位轨迹更加逼近真实运动轨迹,x轴和z轴平均误差分别达到0.082 m和0.158 m,基本可以满足井下采煤机端头定位需求。通过对UWB测距误差模型、UWB基站的优化部署方案、LOS/NLOS混合环境下的定位方法、采煤工作面端头循环定位策略和定位方法、基站群迁移装置和UWB上位机平台的研究、IMU/UWB融合定位方法、采煤机机载实验的研究,为UWB系统在井下采煤工作面端头定位的提供了较好的方案,为进一步在采煤机上应用提供了较好的经验。该论文有图130幅,表37个,参考文献188篇。